import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Arrays;
import java.util.Deque;

public class Sort {

    //插入排序
    public static void insertionSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                //这里加不加等号和稳定性有关系
                //但是：本身就是一个稳定的排序 可以实现为不稳定的排序
                //但是本身就是一个不稳定的排序 是不可能变成一个稳定的排序的
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    //希尔排序(缩小增量排序)
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    //预排序减少增量
    private static void shell(int[] array, int gap) {
        //各组中元素进行插入排序
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    //array[j+gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }


    private static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }


    //选择排序
    //时间复杂度：O(N^2)
    //空间复杂度：O(1)
    //稳定性：不稳定
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    //双向选择排序
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            //防止第一个是最大值，如果是 和最小的一换，最大值就跑到了原来最小值的位置
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, maxIndex, right);
            left++;
            right--;
        }
    }


    //建堆
    private static void createHeap(int[] array) {
        //从最后一个子树的根结点着手开始
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            //这里向下调整需要三个参数
            //第一个参数是：数组
            //第二参数是：找到向下调整的根节点
            //第三个参数是：向下调整的范围，即元素的个数
            shiftDown(array, parent, array.length);

        }
    }

    //向下调整
    private static void shiftDown(int[] array, int parent, int len) {
        //有孩子，一定先有左孩子
        int child = 2 * parent + 1;

        while (child < len) {
            if (child + 1 < len && array[child] < array[child + 1]) {
                child = child + 1;
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                //交换
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的排序
     *
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        //建堆，向下调整
        createHeap(array);
        //从小到大排序，建立大根堆，类似于删除操作排序
        //从大到小排序，建立小根堆，类似于删除操作排序
        //交换，排序
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            //0下标元素与最后一个叶子节点交换
            swap(array, 0, end);
            //此时只有0下标这棵树需要向下调整
            shiftDown(array, 0, end);
            //删除
            end--;
        }
        /*for (int i = array.length - 1; i > 0; i--) {
            //0下标元素与最后一个叶子节点交换
            swap(array, 0, i);
            shiftDown(array, 0, array.length - 1);
        }*/
    }


    //冒泡排序
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //控制趟数
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            //再次优化
            boolean flg = false;
            //每趟元素比较的次数
            //已经优化了一次，减少每次比较的次数
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    int tmp = array[j + 1];
                    array[j + 1] = array[j];
                    array[j] = tmp;
                    flg = true;
                }
            }
            if (!flg) {
                return;
            }
        }
    }


    //快速排序
    //这里保持接口统一性，同样设置一个参数，传入待排序数组
    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }


    //求中位数的下标
    private static int middleNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;//找到中间位置下标
        //找left下标的数字、mid下标的数字 和 right下标的数字 中的中间数字。
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            //array[left] > array[right]
            if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }


    //指定区间，插入排序
    public static void insertionSort(int[] array, int left, int right) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= left; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    //array[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        //为什么取大于号：1 2 3 4 5 6
        //大于号，可以知道该序列左边或右边是否还有序列
        if (start >= end) {
            return;
        }

        //再次优化，指定区间进行插入排序
        if ((end - start + 1) <= 15) {
            insertionSort(array, start, end);
            return;
        }

        //优化，减少递归次数，三位数取中法
        //1 2 3 4 5 6 7
        int index = middleNum(array, start, end);
        //index为三数取中法返回值(中间大小值的下标)
        //交换，之前以start下标位置的值为基准值，现在用index下标位置的值为基准值
        swap(array, index, start);
        //4 2 3 1 5 6 7

        //按照基准值对array数组的[left，right)区间中的元素进行划分
        //int pivot = partitionHoare(array, start, end);//Hoare法找基准值划分
        int pivot = partitionHole(array, start, end);//挖坑法找基准值划分
        //int pivot = partition(array, start, end);//前后指针法找基准值划分

        //划分成功后以pivot为边界形成了左右两部分[left,pivot-1)和[pivot+1, right)
        //递归方式，每次传入新的范围进行划分
        //递归排序[left, pivot-1)
        quick(array, start, pivot - 1);
        //递归排序[pivot+1, right)
        quick(array, pivot + 1, end);
    }

    //传入形参 Hoare版，划分并返回基准值
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        //记录要比较的基准值以及下标
        int tmp = array[left];
        int i = left;

        while (left < right) {
            //先从右边开始,找小于基值的值
            //这里防止越界，同时取=防止死循环
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            //从左边开始，找大于基值的值
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            //找到之后交换
            swap(array, left, right);
        }
        swap(array, i, left);
        return left;
    }


    //挖坑法，划分并返回基准值
    private static int partitionHole(int[] array, int left, int right) {
        //以最左边的值为基准值，进行遍历比较交换排序
        int tmp = array[left];
        //left和right相遇，说明此时的序列已经遍历完了
        //相遇的位置就是放基准值的位置
        while (left < right) {
            //先从右边开始往中间走，找小于基准的值
            //这里防止越界，同时取=防止死循环
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            //right找到的小于基准的值放到此时left位置处
            array[left] = array[right];

            //从左边开始往中间走，找大于基值的值
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            //left找到的大于基准的值放到此时right位置处
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //前后指针法，划分并返回基准值
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right) {
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array, cur, prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array, prev, left);
        return prev;
    }


    //快速排序，非递归
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        int start = 0;
        int end = array.length - 1;
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        int pivot = partitionHole(array, start, end);

        if (pivot - 1 > start) {
            //左边有两个元素
            stack.push(start);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot + 1 < end) {
            //右边有两个元素
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(end);
        }

        while (!stack.isEmpty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partitionHole(array, start, end);

            if (pivot - 1 > start) {
                //左边有两个元素
                stack.push(start);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot + 1 < end) {
                //右边有两个元素
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }


    //归并排序
    public static void mergeSort(int[] array) {

        mergeSortFun(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void mergeSortFun(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        int mid = (start + end) / 2;

        mergeSortFun(array, start, mid);
        mergeSortFun(array, mid + 1, end);
        //合并
        merge(array, start, mid, end);
    }


    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        //合并序列与合并两个数组情况差不多
        int s1 = left; //可以不定义，这样写为了好理解
        int e1 = mid; //可以不定义，这样写为了好理解
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right; //可以不定义，这样写为了好理解

        //定义一个新的数组，这里新数组的容量不是取array.length
        int[] tmpArr = new int[right - left + 1];
        int k = 0;//tmpArr数组的下标
        //同时满足 证明两个归并段 都有数据
        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if (array[s1] <= array[s2]) {
                tmpArr[k++] = array[s1++];
            } else {
                tmpArr[k++] = array[s2++];
            }
        }
        //剩下两个序列中所有元素，此时都放到新数组后面
        while (s1 <= e1) {
            tmpArr[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            tmpArr[k++] = array[s2++];
        }

        //tmpArr是临时数组需把排好序的数据，拷贝回原来的数组array中
        for (int i = 0; i < tmpArr.length; i++) {
            //这里注意在拷贝右边子树时的下标
            array[i + left] = tmpArr[i];
        }

    }

    //非递归实现归并排序
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;//每组几个数据
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + gap * 2) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;//可能会越界
                int right = mid + gap;//可能会越界
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, mid, right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }


    //计数排序
    public static void countSort(int[] array) {
        //找待排序序列中的最大值 和 最小值
        int minVal = array[0];
        int maxVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (array[i] < minVal) {
                minVal = array[i];
            }
            if (array[i] > maxVal) {
                maxVal = array[i];
            }
        }

        //确定计算数组的 长度
        int len = maxVal - minVal + 1;
        int[] count = new int[len];

        //遍历array 把数据出现的次数存储到计数数组中
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i] - minVal]++;
        }
        //计算数组已经存放了每个数据出现的次数
        //遍历计数数组 把实际的数据写回array数组中
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] > 0) {
                //这里需要重新写回array 意味着得从array的0位置开始写
                array[index] = i + minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }

        }


    }
}
